تحقیق دینام و مدار باتری پر کنی

تولید برق

در شکل 1 اصول کار دینام های تک فاز و سه فاز همراه با شکل خوجی آنها نشان داده شده است. اسا کار این دینام ها القای الکترومغناطیسی ناشی از یک آهنربای چرخان در داخل حلقه یا حلقه های ساکنی از سیم است.  در دینام، آهنربای چرخان، آهنربای الکتریکی است که از طریق دو کلکتور به آن برق می رسد. در شکل 2 رایجترین طرح نشان داده شده است که آن را آرمیچر(روتور) قطب پنجه ای می نامند. هر سه آرمیچر به تناوب قطب شما یا جنوب می شود و بنا بر این هر سنگ آرمیچر نیز به تناوب شمال یا جنوب خواهد شد. بیشتر از سنگ هایی با 12 یا 16 قطب استفاده می شود زیرا این سنگ ها بازد بالاتری دارند.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
حلقه های سیم ساکن را باشتک(استاتور) می نامند که از سه فاز جداگانه تشکیل می شوند و هر فاز چند سیم پیچ دارد. سیم پیچ ها روی یک هسته لایه لایه (برای کاهش جریان های گردابی) قرار می گیرند؛ تعداد سیم پیچ ها باید با تعداد قطب های سنگ آرمیچر برابر باشد. در شکل 2 چند نمونه از آرمیچر مشاهده می شود. سیم پیچ های سه فاز بالشتک را می توان به دو روش به هم متصل کرد که آنها را روش هاس ستاره و مثلث می نامند. این روش ها در شکل 3 نشان داده شده اند. مشخصه های ولتاژ و جریان خروجی در دو حالت ستاره و مثلث متفاوت است.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
اتصال ستاره را می توان نوعی اتصال متوالی فاز ها در نظر گرفت و بر اساس ولتاژ خروجی بین هر دو فاز معادل جمع برداری ولتاژ های هرفاز است. جریان خروجی نیز معادل جریان  هر فاز است.

V = VP × √3 

I = IP

که در آن :

V = ولتاژ خروجی

VP = ولتاژ هر فاز

I = جریان خروجی

IP = جریان هر فاز

Tan 60˚  = 3 ریشه دوم = √3 

اتصال مثلث را نیز می توان نوعی مدار موازی تلقی کرد. در این صورت ولتاژ خروجی با ولتاژ هر فاز برابر است، اما جریان خروجی برابر جمع برداری جریان های هر فاز است.

V = VP

I = IP ×√3 

در بیشتر دینام ها از سیم پیچ های با اتصال ستاره استفاده می شود، اما بعضی ماشین های سنگین کار از مزیت جریان خروجی بالاتر سیم پیچ های با اتصال مثلث استفاده کرده اند. در بیشتر دینام های جدیدی که سیم پیچ های با اتصال ستاره دارند از یک سوکننده ای با 8 دیود استفاده می شود که در بخش بعدی آن را شرح می دهیم.

با استفاده از فرمولی ساده می توان فرکانس خروجی دینام را محاسبه کرد. فرکانس خروجی دینام به ویژه هنگامی اهمیت دارد که از جریان AC خروجی از استاتور برای به کار انداختن سنجه دور موتور استفاده می شود.

f = (P × n) / 60

که در آن:

 f  =  فرکانس بر حسب Hz

n = دور دینام بر حسب دور در دقیقه

P  = تعداد زوج های قطب (آرمیچر 12 پنجه ای 6 زوج قطب دارد)

وقتی موتور با دور آرام کار کند، دور دینام در حدود 2000 دور دقیقه است، که هرگاه آرمیچر 12 پنجه ای باشد، فرکانس خروجی برابر خواهد بود با :

6 × 2000/60  =  200 Hz

در بسیاری از دینام ها یک ترمینال برای گرفتن این خروجی وحود دارد که غالبا آن را با حرف w مشخص می کنند. این خروجی در حقیقت به صورت نیم موج یکسو شده است و در بعضی موارد برای کار اندازی ساسات برقی هم به کار می رود.

تبدیل جریان AC به DC

برای استفاده از خروجی دینام به منظور پر کردن باتری و برق رسانی به سایر وسایل برقی خودرو باید جریان متناوب خروجی از دینام را به جریان مستقیم تبدیل کرد. مناسب ترین عنصر الکترونیکی برای انجام این کار دیود سیلیسیمی است. اگر جریان تک فاز AC را از این دیود بگذرانیم، خروجی آن مطابق شکل 4 به صورت نیم موج یکسو می شود. در این مثال دیود فقط به نیم چرخه های مثبت اجازه میدهد که به طرف قطب مثبت باتری حرکت کنند.

شکل ۴

چرخه های منفی نمی توانند از دیود عبور کنند. دیود را می توان شیر یک طرفه ای برای جریان برق در نظر گرفت. این قیاس خوبی است، اما یادآور می شویم که یک دیود خوب مانع عبور جریان با ولتاژ معکوس حدود 400 ولت می شود؛ اما برای هدایت  در جهت مستقیم به ولتاژ اندکی نیاز است.

برای یکسو سازی تمام موج یک دینام سه فاز شش دیود لازم است. این دیود ها، مطابق شکل 5، به صورت پل به هم متصل می شوند؛ در این شکل مدار یکسو کننده از سه دیود مثبت و سه دیود منفی تشکیل می شود. خروجی این یکسو کننده ها با سیگنال های سه فاز مقایسه شده است. در مدار یکسو کننده غالبا از سه دیود مثبت دیگر هم استفاده می شود. این سه دیود معمولا از دیودهای اصلی کوچکتر و فقط  برا تامین جریان اندک مورد نیاز سیم پیچ های روتور به کار می روند. این دیود ها را غالبا دیودهای میدان ساز یا دیود های تحریک کننده می نامند. در شکل 6 طرح یک یکسو کننده شش دیودی نشان داده شده است.

شکل۵

شکل ۶

جریان زیادی از دیودهای اصلی می گذرد، به همین سبب نوعی گرماگیر لازم است تا دیود بر اثر گرما آسیب نبیند. در بعضی موارد دیود ها را به صورت موتزی متصل می کنند تا بتوانند عبور جریان های بیشتری را تحمل کنند و آسیب نبینند. دیودهای یکسو کننده مانع برگشت جریان از باتری به دینام می شوند. بدین ترتیب دینام را می توان، بدون نیاز به متعادل سازی، به صورت موازی بست، زیرا جریان متعادل ساز نمی تواند از یک وسیله به وسیله دیگری برود. در شکل 7 چند نمونه از یکسو کننده های متداول نشان داده شده است. وقتی از دینامی با اتصال ستاره استفاده می شود، به طور نظری جمع ولتاژ ها در نقطه خنثی اتصال ستاره صفر است. اما در عمل، به سبب بی دقتی های اندک در ساخت بالشتک و آرمیچر، در این نقطه پتانسیل ایجاد می شود. این پتانسیل، که آن را هماهنگ سوم می نامند در شکل 8 نشان داده شده است. فرکانس این پتانسیل سه برابر فرکانس بنیادی سیم پیچ های فاز است. با به کارگیری دو دیود دیگر، یکی مثبت و دیگری منفی، متصل به مرکز اتصال ستاره، این انرژی را می توان جمع آوری کرد. بدین ترتیب توان خروجی دینام تا حدود 15 درصد افزایش می یابد.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)